锁相环技术是一个能够跟踪输入信号相位的闭环自动控制系统,由DeBellescize在1932年首次提出,1947年锁相环技术第一次应用实际产品中。由于技术上的复杂性以及较高的成本,锁相环主要应用在航天领域中。设计一个高性能的锁相环要在众多参数之间进行折衷、反复,越来越精密的电路又给锁相环路指标提出了更高的要求。锁相环广泛应用的空间环境并不是风平浪静的,而是危机四伏。据国内外对航天事故的统计显示:40%左右的故障源自太空辐射,因此抗辐射技术势在必行,并成为航天电子领域的研究重点和热点。本论文针对上述问题,从基本的电荷泵原理出发,提出新的参数设定方法、改进完善传统电路,并使用简单的数字电路代替复杂的模拟电路实现电荷泵抗辐射特性。主要研究内容包括以下几点:(1)详细研究电荷泵锁相环的电路原理以及环路传输函数。在原来的基础上提出了一种新颖的参数设计方法,能达到快速有效的设定环路参数的目的,以此有效指导后续模块设计。(2)自偏置锁相环电路改进工作。在理解电路的基础上,将基本锁相环定制的参数合理的应用到自偏置锁相环中,扩展了输出频率范围。并在原来电路的基础上做出合理改进,提高了系统指标。(3)锁相环随机抖动研究。分析研究了锁相环各个模块的噪声函数以及对输出的相位噪声的影响。研究相噪与抖动之间的相互转换关系,根据各个模块噪声得出系统输出的随机抖动值。(4)不同模块采用不同的抗辐射设计。研究总结空间辐射来源以及对电路造成的不同影响,不同电路采用不同的加固手段。电荷泵电路中,提出了一种简单的数字控制滤波隔离电路,能达到经典电路的抗辐射水平。(5)版图设计研究。布局布线中,重点考虑压控振荡器的设计,保证此关键模块能正常工作。研究版图抗辐射原理,在版图设计中加入版图抗辐射设计,提高抗辐射能力。